牛頓發(fā)現(xiàn)了地心引力的故事
艾薩克 • 牛頓 爵士,1642年出生在英國(guó),是世界近代科學(xué)技術(shù)史上偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家。那么你知道牛頓怎么發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的嗎?一起來(lái)看看小編給大家精心準(zhǔn)備的資料,歡迎閱讀!
真實(shí)的牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的故事
說(shuō)來(lái)令人吃驚,自從有了地球,引力就一直存在著。生命誕生之后也一直生活在引力里,至于人類(lèi)這種自詡的萬(wàn)物之靈,不管還是猴子的時(shí)候,或者是后來(lái)褪了毛變成人,也是一直都生活在引力里,可是在牛頓告訴我們之前,我們竟然一直都不知道引力的存在。
說(shuō)到牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力,大家都會(huì)想起蘋(píng)果的故事。據(jù)說(shuō)牛頓在蘋(píng)果樹(shù)下思考問(wèn)題,一個(gè)成熟的蘋(píng)果掉落到牛頓頭上,被打疼的牛頓就開(kāi)始思考為什么蘋(píng)果會(huì)往下落,而不是往天上飛,最后得出的結(jié)論就是地面存在引力。這個(gè)故事,和很多科學(xué)家的小故事一樣,比如瓦特看了燒開(kāi)的水壺就發(fā)明了蒸汽機(jī),或者是愛(ài)因斯坦小時(shí)候數(shù)學(xué)成績(jī)很差,都是后來(lái)者的虛構(gòu)。目的么,要么是勵(lì)志,要么是想突出天才的與眾不同。
事實(shí)上,無(wú)須虛構(gòu),真實(shí)的情況已經(jīng)足夠精彩。
1665年,牛頓22歲,正在劍橋大學(xué)三一學(xué)院就讀。當(dāng)時(shí)一場(chǎng)造成十多萬(wàn)人死亡的倫敦大瘟疫爆發(fā)了,學(xué)院關(guān)閉,牛頓不得不暫時(shí)回到鄉(xiāng)下老家,時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一年。然而,正是在這一年的時(shí)間里,牛頓對(duì)光學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)有多方面的研究和突破。那么,是不是牛頓憑借一己之力在一夜之間發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的?答案是否定的。
早在1632年,伽利略就已經(jīng)提出離心力和向心力的初步想法。1665年牛頓在鄉(xiāng)下躲避瘟疫期間,證明了離心力定律,并寫(xiě)在手稿里,但沒(méi)有發(fā)表。因此,現(xiàn)在一般認(rèn)為離心力定律是惠更斯于1673年在《擺鐘》一書(shū)中提出來(lái)的。1684年牛頓在《論回轉(zhuǎn)物體的運(yùn)動(dòng)》一文手稿中,第一次提出向心力及其定義。就在這一年里,哈雷、雷恩、胡可和牛頓都獨(dú)立證明了圓軌道上的引力平方反比關(guān)系,這便是描述重力的方程式,但是到了第二年,就只有牛頓根據(jù)開(kāi)普勒三個(gè)定律、從離心力定律演化出的向心力定律和數(shù)學(xué)上的極限概念或微積分概念,才用幾何法證明了萬(wàn)有引力定律,并在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)上發(fā)表。
牛頓也沒(méi)能解決的第二個(gè)問(wèn)題
牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上,從1665年至1685年,花了整整20年的時(shí)間,才沿著離心力-向心力-重力-萬(wàn)有引力的順序,終于提出“萬(wàn)有引力”這個(gè)概念。
萬(wàn)有引力定律表示如下:任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)連心線方向上的力相互吸引。該引力的大小與它們的質(zhì)量乘積成正比,與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學(xué)本質(zhì)或物理狀態(tài)以及中介物質(zhì)無(wú)關(guān)。
萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn),是17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一了起來(lái),對(duì)以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響,在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹(shù)立了一座里程碑。
然而,萬(wàn)有引力定律只解決了第一個(gè)問(wèn)題:什么是萬(wàn)有引力。受時(shí)代的限制,卓越如牛頓也沒(méi)有能夠解決第二個(gè)問(wèn)題,即:為什么有萬(wàn)有引力?這種情況也體現(xiàn)在牛頓其他成就上,比如牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律,能夠描述天上地下一切東西的運(yùn)動(dòng),可是,這些東西為什么會(huì)這樣運(yùn)動(dòng),牛頓卻想不出來(lái),因此,思考很久甚至沉迷于煉金術(shù)和星相學(xué)依然找不到結(jié)論之后,牛頓決定將一切運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始都?xì)w結(jié)為“上帝”,是上帝在創(chuàng)世之初的“第一推動(dòng)”,使得世間萬(wàn)物如此運(yùn)動(dòng)的。
這個(gè)問(wèn)題還需要等待200多年,由另一個(gè)天才來(lái)回答。
牛頓無(wú)法解釋為什么會(huì)有萬(wàn)有引力,最后只能將一切運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始都?xì)w結(jié)為“上帝”
地心引力其實(shí)名不副實(shí)
1916年,愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論實(shí)際上是用幾何語(yǔ)言描述的引力理論。根據(jù)廣義相對(duì)論的描述,在四維時(shí)空中,物質(zhì)會(huì)使時(shí)空彎曲,在觀測(cè)上這個(gè)完全等效于萬(wàn)有引力。試想在蹦蹦床上放個(gè)鉛球,蹦蹦床上鉛球周?chē)膮^(qū)域就會(huì)彎曲。這就是引力場(chǎng)。這時(shí)如果在一定距離內(nèi)放一個(gè)玻璃球(玻璃球也造成了另一個(gè)彎曲),玻璃球就能夠因?yàn)檫@個(gè)彎曲而掉進(jìn)去。也就是說(shuō),引力是因?yàn)槲镔|(zhì)存在質(zhì)量產(chǎn)生的。你有引力,我有引力,之所以感覺(jué)不到,是因?yàn)槟阄业馁|(zhì)量太小了,而物質(zhì)達(dá)到星球級(jí)別的時(shí)候,引力就能檢測(cè)到了。
廣義相對(duì)論的正確性得到了廣泛承認(rèn)。但也有學(xué)者認(rèn)為這個(gè)解釋并不完備,試圖用引力子、弦理論等角度說(shuō)明為什么有引力。誰(shuí)能最終解決這個(gè)問(wèn)題呢?也許就是你啊。
另外,地心引力這個(gè)詞造成一個(gè)誤會(huì),認(rèn)為引力是由地心引起的。事實(shí)上引力不是來(lái)自地心,而是地球上每個(gè)點(diǎn)的物質(zhì)。只是因?yàn)榈厍蚴乔蝮w,所有引力的方向都指向地心而已。而且,越往地心走,引力越小。更為驚人的是,地心所在的地方,因?yàn)樘幱谇蝮w的中心,來(lái)自所有方向的引力相互抵消了,地心實(shí)際上是沒(méi)有引力的。人在其中,也會(huì)和太空一樣,處于完全的失重狀態(tài)。